Este artículo selecciona 6 estudios originales publicados entre 2016 y 2024, realizados por equipos y colaboraciones de China, Reino Unido, Estados Unidos, Irlanda y Corea del Sur, y presenta una revisión narrativa. Como ejemplo de «otros tejidos», se citan cultivos de músculo esquelético; la bibliografía seleccionada abarca materiales, estudios in vitro y en animales, pero no incluye ensayos de eficacia en humanos.
01Tendones, cartílagos y músculos: se requieren soluciones estructurales distintas
Todas estas áreas pueden emplear estructuras fibrosas, pero no pueden compartir el mismo criterio de que «cuanto mejores sean las propiedades, mejor». La investigación sobre tendones y ligamentos suele centrarse en la tracción axial y la disposición celular; la investigación sobre cartílagos debe abordar simultáneamente la compresión, la estructura estratificada y la formación de la matriz; la investigación sobre músculo esquelético relaciona la disposición celular, la formación de túbulos musculares y el cocultivo con células relacionadas con la vascularización.1,2,3,4,5,6
| Direcciones de aplicación | Formas estructurales en la investigación | Evaluación correspondiente |
|---|---|---|
| Reparación de tendones y ligamentos | Películas alineadas, haces de fibras enrolladas y compuestos trenzados/electrohilados | Tracción, infiltración tisular, disposición del colágeno e intensidad de la reparación 1,2 |
| Ingeniería de tejido cartilaginoso | Andamios zonificados, matrices reforzadas con fibras y portadores núcleo-capa | Compresión, fenotipo celular, matriz cartilaginosa y reparación de defectos 3,4,5 |
| Ingeniería de tejido muscular esquelético | Fibras orientadas y armazones de soporte, cocultivo celular | Disposición de las células musculares, formación de túbulos musculares y marcadores de diferenciación 6 |
También debe distinguirse entre los andamios para la reparación de tendones y las membranas antiadherentes tendinosas. Los primeros pretenden que las células objetivo penetren y formen un tejido ordenado, mientras que las segundas se centran en aislar los tejidos circundantes y proteger la superficie de deslizamiento. Aunque el nombre del material sea el mismo, la estructura porosa y los requisitos superficiales de ambos tipos de muestras pueden ser diferentes; este artículo aborda estructuras para la reparación tisular.1,2
02¿Qué función desempeña el electrohilado en los andamios compuestos?
La capa electrohilada puede constituir el cuerpo principal o limitarse a guiar el contacto, regular la interfaz o realizar una liberación localizada. Las películas alineadas pueden enrollarse además en haces y combinarse con estructuras tejidas con hilos más gruesos; para su uso en cartílago, las fibras electrohiladas también pueden dispersarse como fibras cortas e incorporarse a una matriz imprimible. Antes de elegir el proceso, debe determinarse si las fibras se mantendrán continuas, se agruparán en haces, se estratificarán o se dispersarán como componente de refuerzo.1,2,4
Merece especial atención la investigación que combina múltiples procesos. Los armazones trenzados o las estructuras impresas pueden proporcionar forma y soporte a mayor escala, mientras que las fibras finas regulan el entorno local de contacto celular. El resultado final corresponde al sistema combinado en su conjunto, por lo que es necesario validar simultáneamente la orientación de las fibras, la porosidad, la unión interfacial y las propiedades mecánicas en estado húmedo; no se puede atribuir el comportamiento global del andamio compuesto a un único equipo o proceso.2,3,4,6
03Tendones y ligamentos: de las películas alineadas a los andamios compuestos graduados
El mismo PCL: variación de la disposición y del método de enrollado en haces
Pauly y otros, en el año 2016, compararon películas planas y haces de fibras enrolladas fabricados con fibras aleatorias u orientadas de PCL, y examinaron el impacto de la geometría sobre las propiedades mecánicas y el comportamiento celular. Los estudios observaron que los distintos modelos presentaban diferentes módulos, comportamientos de fluencia y grados de extensión celular; las células madre derivadas de tejido adiposo mantuvieron su actividad y proliferaron durante 7 días de cultivo. Este estudio sobre materiales e in vitro demuestra que la forma en que se organizan las fibras constituye en sí misma una variable de diseño, y no se limita a la formulación del polímero.1
El artículo relaciona algunos indicadores mecánicos con los rangos de los ligamentos naturales, pero ello no implica que los haces de fibras ya puedan sustituir a los ligamentos en el cuerpo humano. Para una estructura de reparación sometida a largo plazo a tracciones repetidas, los resultados iniciales de tracción deben vincularse además, por separado, con el estado húmedo, la fatiga, el método de fijación y la integración tisular.1
Permitir la apertura progresiva de la capa de soporte mientras se conservan los indicios de orientación
Xie y otros, en el año 2024, combinaron una capa trenzada degradable con gradiente, formada por PGA e hilo de seda, con una capa electrohilada que proporcionaba guía direccional. El componente de degradación más rápida generó gradualmente canales de infiltración, mientras que la capa electrohilada ofreció indicios para la disposición celular y del colágeno en distintas fases. El estudio observó la infiltración y disposición tisular en un defecto del tendón de Aquiles de rata y realizó evaluaciones mecánicas en la semana 8, reportando una mejora de la reparación.2
La lección de este estudio en animales es diseñar «la estructura en el momento de la implantación» y «la estructura tras la degradación» como un proceso continuo. El simple aumento de la porosidad inicial o del espesor de las nanofibras puede alterar el equilibrio entre soporte e infiltración; por ello, es necesario observar el andamio compuesto a lo largo del tiempo.2
04Reparación del cartílago: de las estructuras zonificadas a las matrices reforzadas con fibras
Formación de distintas zonas estructurales mediante la combinación de procesos
Un equipo británico, Munir y otros, en el año 2019, combinaron la impresión a baja temperatura con el electrohilado para construir un andamio multifásico de PCL con distintas orientaciones de fibras y estructuras porosas. Las células madre mesenquimales se adhirieron y sobrevivieron durante un cultivo in vitro de 4 semanas, conservando además manifestaciones relacionadas con los glicosaminoglicanos. El estudio respalda la exploración de estructuras zonificadas como plataforma para el cultivo de cartílago; no demuestra directamente que el cartílago articular haya recuperado ya su función normal en animales o pacientes.3
Las fibras electrohiladas cortas también pueden emplearse como componente de refuerzo en andamios tridimensionales
Weiming Chen y otros, en el año 2020, informaron del tratamiento de fibras electrohiladas de gelatina/PLGA para convertirlas en fibras cortas dispersas, que se añadieron a una tinta de impresión de matriz descelularizada de cartílago. El andamio resultante combinó una forma predeterminada, una estructura porosa interna y propiedades mecánicas en estado húmedo, y reportó una mejora de la reparación en un defecto de cartílago articular de conejo. En este caso, el electrohilado proporcionó principalmente el componente de refuerzo; la muestra final estuvo constituida conjuntamente por las fibras, la matriz descelularizada y el modelado posterior.4
Las fibras núcleo-capa introducen la liberación localizada en estudios con condrocitos
En el año 2020, Wei Chen y otros emplearon el electrohilado coaxial para encapsular sulfato de glucosamina en fibras de PCL, y evaluaron su estructura, la liberación del compuesto y la respuesta in vitro de células de cartílago articular de rata. Los resultados respaldan la exploración de este material para promover el crecimiento celular bajo condiciones de cultivo específicas, pero la evidencia se limita al nivel celular. Su objetivo de «regeneración del cartílago» no puede expresarse directamente como que ya se han reparado los defectos del cartílago.5
05Los estudios sobre músculo esquelético permiten que el alineamiento y la compatibilidad celular ocurran simultáneamente
El equipo coreano de Yeo y Kim combinó en el año 2020 el electrohilado celular con la impresión de 3D para construir, sobre una estructura de soporte de colágeno de PCL/, fibras de alginato que contenían células endoteliales de la vena umbilical humana (HUVECs), y posteriormente las inocularon con mioblastos de C2C12 para un cultivo conjunto. El estudio observó mejoras en la disposición celular, la morfología relacionada con los mioúbulos y la expresión de genes miogénicos, relacionando así las pistas direccionales de las fibras con la interacción entre diferentes tipos de células.6
Se trata de una plataforma de ingeniería de tejido muscular esquelético in vitro; la participación de células endoteliales en el cultivo no puede equipararse a la creación de vasos sanguíneos perfundibles, ni los marcadores de miotubos permiten deducir una recuperación de la fuerza muscular. Su relevancia para el desarrollo de materiales radica en plantear variables que pueden estudiarse por separado: cómo se fija la estructura de soporte, de qué modo las fibras guían las células, qué tipos celulares se ubican en cada lugar y cómo se examinan sus interacciones.6
El electrohilado celular también difiere del proceso que consiste en preparar primero fibras acelulares y luego inocularlas. El primero requiere un diseño específico en torno al estado de las células vivas, la bioimpresión y el entorno operativo; los parámetros del proceso de electrohilado convencional en disolvente no pueden trasladarse directamente a un sistema con células vivas.6
06De la similitud estructural a la función tisular: la evidencia debe vincularse de forma progresiva
Estos trabajos demuestran conjuntamente el valor del diseño basado en la disposición de las fibras, la zonificación y la composición, aunque abordan cuestiones distintas. Los haces de fibra de Pauly, el andamio de cartílago multizona de Munir, las fibras con núcleo y recubrimiento de sulfato de glucosamina y la plataforma de cocultivo de Yeo se basan principalmente en materiales o experimentos in vitro; el andamio para tendón de Aquiles de Xie y el andamio compuesto para cartílago de Weiming Chen llevaron además a cabo estudios correspondientes con defectos animales.1,2,3,4,5,6
El colágeno ordenado de los tendones, los glucosaminoglicanos o el colágeno de tipo II del cartílago, así como los marcadores miogénicos del músculo, contribuyen a comprender el proceso de reparación, pero no pueden sustituirse entre sí ni representar por sí solos la función a largo plazo. Al interpretar los resultados, deben conservarse el tejido estudiado, la especie animal, el período de evaluación y las condiciones de control. La literatura seleccionada en este artículo no proporciona ensayos de eficacia en humanos, por lo que no se puede afirmar a partir de él que existan u otros estudios en humanos en el conjunto del campo.1,2,3,4,5,6
07Convertir las necesidades tisulares en muestras que puedan prepararse y evaluarse
En cuanto a la orientación del tendón, puede indicarse primero si la muestra es un parche plano, un haz de fibras enrollado o un compuesto trenzado, así como la dirección principal de carga y el método de fijación; en el cartílago, pueden describirse el espesor, la segmentación, los requisitos de compresión y si las fibras deben combinarse con un hidrogel o una matriz descelularizada; en el cultivo de músculo esquelético, puede partirse de los tipos celulares, la orientación y el soporte de cultivo. Cada tipo de información corresponde a una configuración diferente de recolección y composición.
Para las muestras orientadas, deben registrarse la distribución de la dirección de las fibras y las diferencias axiales y transversales; para los andamios estratificados, deben comprobarse la unión entre capas y la deformación en estado húmedo; para los sistemas reforzados con fibras cortas, deben evaluarse conjuntamente la dispersión de las fibras, su distribución de longitud y la conformación posterior. Al realizar una fabricación continua o ampliar el área, también es necesario comprobar si las diferentes zonas conservan una estructura similar, para evitar que los valores medios oculten las diferencias locales.
Los efectos de los disolventes residuales, la limpieza y la esterilización deben evaluarse en función del sistema material. Si se incluyen proteínas, fármacos o células vivas, también debe verificarse su actividad correspondiente y su tolerancia al tratamiento. El registro del proceso, la caracterización estructural y la evaluación biológica deben corresponderse entre sí para determinar el origen de las diferencias entre las muestras y, a partir de ahí, analizar la funcionalidad del equipo.1,2,3,4,5,6
08Problemas habituales en el desarrollo de andamios para tendones, cartílago y músculo
Con fibras orientadas, ¿es posible lograr la regeneración del tendón?
La orientación constituye una pista estructural valiosa, pero debe coordinarse con la incorporación celular, el mantenimiento del soporte y la remodelación tisular. Los resultados in vitro de una membrana plana y la reparación de un defecto completo del tendón de Aquiles pertenecen a etapas de evidencia distintas.1,2
¿El electrohilado solo permite producir membranas delgadas?
No. En la literatura se encuentran tanto haces de fibras enrollados como andamios tridimensionales combinados con estructuras trenzadas o impresas, además de fibras cortas utilizadas como componente de refuerzo. La forma final debe determinarse según la aplicación y conectarse con el posprocesamiento correspondiente.1,2,3,4
¿Los andamios de cartílago deben emplear necesariamente una estructura de núcleo-capa para la liberación de fármacos?
No necesariamente. La geometría segmentada, el refuerzo con fibras y la liberación localizada son vías de investigación diferentes. Primero debe aclararse si el objetivo es resolver la distribución celular, el soporte en estado húmedo o la administración de componentes biológicos, y luego elegir la estructura correspondiente.3,4,5
Referencias
A continuación se presentan los estudios originales empleados en este artículo, resumidos de forma independiente por TONGLI. La interpretación de la literatura no implica que los autores de los artículos, las instituciones de investigación o TONGLI mantengan relaciones de compra de equipos o cooperación. El alcance concreto de la lectura se detalla en las observaciones correspondientes a cada referencia bibliográfica.
Las referencias bibliográficas conservan el idioma original para facilitar su consulta.
Pauly HM, Kelly DJ, Popat KC, et al. Mechanical properties and cellular response of novel electrospun nanofibers for ligament tissue engineering: Effects of orientation and geometry. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2016;61:258–270.
DOI：10.1016/j.jmbbm.2016.03.022 ↗Alcance de la lectura: texto original completo local, y verificación de PubMed y del registro de la institución del autor
Xie X, Wang X, Ding D, et al. Multilayer woven scaffolds with gradient degradation and nano guidance properties for tendon reconstruction: Continuously promoting tissue infiltration and inducing tissue alignment. Nano Today. 2024;56:102277.
DOI：10.1016/j.nantod.2024.102277 ↗Ámbito de lectura: texto completo original local; revisión de los métodos de tejido/electrohilado, el modelo de tendón de Aquiles en rata y la evaluación mecánica semanal de 8; verificación de las páginas de la revista
Munir N, McDonald A, Callanan A. A combinatorial approach: Cryo-printing and electrospinning hybrid scaffolds for cartilage tissue engineering. Bioprinting. 2019;16:e00056.
DOI：10.1016/j.bprint.2019.e00056 ↗Ámbito de lectura: texto completo original local y resumen de la revista; el archivo local incluye una corrección complementaria de la declaración de intereses de 2020
Chen W, Xu Y, Li Y, et al. 3D printing electrospinning fiber-reinforced decellularized extracellular matrix for cartilage regeneration. Chemical Engineering Journal. 2020;382:122986.
DOI：10.1016/j.cej.2019.122986 ↗Ámbito de lectura: texto completo original local, con verificación del resumen, los métodos y las conclusiones originales de la revista
Chen W, Wang C, Gao Y, et al. Incorporating chitin derived glucosamine sulfate into nanofibers via coaxial electrospinning for cartilage regeneration. Carbohydrate Polymers. 2020;229:115544.
DOI：10.1016/j.carbpol.2019.115544 ↗Ámbito de lectura: texto completo original local, con verificación de PubMed frente al resumen de la revista; para el experimento in vitro con condrocitos
Yeo M, Kim G. Micro/nano-hierarchical scaffold fabricated using a cell electrospinning/3D printing process for co-culturing myoblasts and HUVECs to induce myoblast alignment and differentiation. Acta Biomaterialia. 2020;107:102–114.
DOI：10.1016/j.actbio.2020.02.042 ↗Ámbito de lectura: texto completo original local y resumen de PubMed; para la cocultura celular in vitro
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